zc第一章附加.ppt

1、An Introduction to Database System,数据库系统概论 An Introduction to Database System 第一章（附加） 关系数据库,西安交通大学城市学院,Department of Computer Science, Xian JiaoTong University city College of China2012,An Introduction to Database System,关系数据库系统就是支持关系模型的数据库系统，是目前应用最广泛的数据库，它是以数学方法来处理数据库中的数据。,An Introduction to Databa

2、se System,1.1.1 关系,单一的数据结构-关系 现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示 逻辑结构-二维表 从用户角度，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表 关系模型是建立在集合代数的基础上,An Introduction to Database System,1.域的定义：一组具有相同数据类型的值的集合。在关系模型中域实际上是每个属性的取值范围。 例：若有三名研究生，分别为张力、李强、王红，其中张力和李强的导师是张平，专业方向是计算机应用，王红的导师是陈忠，专业方向是软件工程。写出研究生的姓名、导师和专业域。,关系的形式化定义：,基数：域中所包含值的个数，用m表示。,An

3、 Introduction to Database System,2. 笛卡尔积（Cartesian Product）,笛卡尔积 给定一组域D1，D2，Dn，这些域中可以有相同的。 D1，D2，Dn的笛卡尔积为： D1D2Dn （d1，d2，dn）diDi，i1，2，n 所有域的所有取值的一个组合 不能重复,An Introduction to Database System,笛卡尔积（续),元组（Tuple） 笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组(Tuple) 分量（Component） 笛卡尔积元素（d1，d2，dn）中的每一个值di叫作一个分

4、量,An Introduction to Database System,笛卡尔积（续),基数（Cardinal number） 若Di（i1，2，n）为有限集，其基数为mi（i1，2，n），则D1D2Dn的基数M为： 笛卡尔积的表示方法 笛卡尔积可表示为一个二维表 表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域,An Introduction to Database System,例：若name=张力，李强，王红， mentor=张平，陈忠， speciality=计算机应用，软件工程， 求name、mentor、speciality的笛卡尔积及其基数。,An Introduction to

5、Database System,3. 关系（Relation）,1) 关系 D1D2Dn的子集叫作在域D1，D2，Dn上的 关系，表示为 R（D1，D2，Dn） R：关系名 n：关系的目或度（Degree） 例：试定义研究生的关系。,An Introduction to Database System,关系（续）,2) 关系的表示 关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每 列对应一个域,An Introduction to Database System,关系（续）,3) 码 候选码（Candidate key） 若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码 主码

6、 若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primary key） 主属性 候选码的诸属性称为主属性（Prime attribute） 不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性（ Non-Prime attribute）或非码属性（Non-key attribute） 简单的情况：候选码只包含一个属性 全码（All-key） 最极端的情况：关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）,An Introduction to Database System,关系（续）,3) 关系的分类：三类 1.基本关系（基本表或基表） 实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示 2.查

7、询表 查询结果对应的表 3.视图表 由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对 应实际存储的数据,An Introduction to Database System,关系（续）,当关系作为关系数据模型的数据结构时，需要有一个限定和扩充的说明： 1.笛卡尔积是不满足交换律的，但如果关系它为每列增加一个属性名，使得属性顺序可以调整。 2. 虽然笛卡尔积可以是无限集合，但关系必须是有限集合。,An Introduction to Database System,关系（续）,4)基本关系的性质 列是同质的（Homogeneous） 不同的列可出自同一个域 其中的每一列称为一个属性 不同的属性要给予不

8、同的属性名 例：在研究生关系例中，也可只给出两个域： 人=张力，李强，王红，张平，陈忠 专业计算机专业，信息专业,An Introduction to Database System,关系（续）, 列的次序可以任意交换 行的次序可以任意交换 任意两个元组的候选码的值不能相同,An Introduction to Database System,基本关系的性质(续), 分量必须取原子值 这是规范条件中最基本的一条 非规范化关系,An Introduction to Database System,1.1 关系数据结构,1.1.1 关系 1.1.2 关系模式 1.1.3 关系数据库,An Intr

9、oduction to Database System,1什么是关系模式,关系模式（Relation Schema）是型 关系是值 关系模式是对关系的描述 元组集合的结构 属性构成 属性来自的域 属性与域之间的映象关系 完整性约束条件 属性间的数据依赖关系集合,An Introduction to Database System,2定义关系模式,关系模式可以形式化地表示为： R（U，D，DOM，F） R 关系名 U 组成该关系的属性名集合 D 属性组U中属性所来自的域 DOM 属性向域的映象集合 F 属性间的数据依赖关系集合,An Introduction to Database System

10、,定义关系模式 (续),例: 导师和研究生出自同一个域人， 取不同的属性名，并在模式中定义属性向域 的映象，即说明它们分别出自哪个域： DOM（SUPERVISOR）= DOM（POSTGRADUATE） =PERSON,An Introduction to Database System,定义关系模式 (续),关系模式通常可以简记为 R (U) 或 R (A1，A2，An) R: 关系名 A1，A2，An : 属性名 注：域名及属性向域的映象常常直接说明为 属性的类型、长度,An Introduction to Database System,3. 关系模式与关系,关系模式 对关系的描述 静

11、态的、稳定的 关系 关系模式在某一时刻的状态或内容 动态的、随时间不断变化的,An Introduction to Database System,1.1 关系数据结构,1.1.1 关系 1.1.2 关系模式 1.1.3 关系数据库,An Introduction to Database System,1.1.3 关系数据库,关系数据库 在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库 关系数据库的型与值,An Introduction to Database System,2. 关系数据库的型与值,关系数据库的型: 关系数据库模式 对关系数据库的描述。 包括： 若干域的定义 在这些域

12、上定义的若干关系模式 关系数据库的值: 这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合，简称为关系数据库,An Introduction to Database System,第一章附加 关系数据库,1.1 关系模型概述 1.2 关系操作 1.3 关系的完整性 1.4 关系代数,An Introduction to Database System,1.2.1基本关系操作,关系操作的特点 集合操作方式：操作的对象和结果都是集合，一次一集合的方式 常用的关系操作 查询：选择、投影、连接、除、并、交、差、笛卡尔积 数据更新：插入、删除、修改 选择、投影、并、差、笛卡尔基是5种基本操作,An Introduc

13、tion to Database System,说明：关系代数、元组关系演算和域关系演算均是抽象的查询语言，在表达能力上是完全等价的，但这些抽象的语言与具体的DBMS中实现的实际语言并不完全一样。它们能用作评估实际系统中查询语言能力的标准或基础。,2.2.2 关系数据库语言的分类,An Introduction to Database System,第一章附加 关系数据库,1.1 关系数据结构及形式化定义 1.2 关系操作 1.3 关系的完整性 1.4 关系代数,An Introduction to Database System,1.3.1 关系的三类完整性约束,实体完整性和参照完整性： 关

14、系模型必须满足的完整性约束条件 称为关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持 用户定义的完整性： 应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束,An Introduction to Database System,1.3 关系的完整性,1.3.1关系的三类完整性约束 1.3.2 实体完整性 1.3.3 参照完整性 1.3.4 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,1.3.2 实体完整性,规则1.1 实体完整性规则（Entity Integrity） 若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值 例： 1、研究生关系(姓名，导师，专

15、业) 姓名：主码（不重名），不能取空值 2、选修关系（学号、课程号、成绩）,An Introduction to Database System,实体完整性(续),实体完整性规则的说明 (1) 实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现 实世界的一个实体。 (2) 现实世界中的实体中各实例是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。 (3) 关系模型中以主码作为唯一性标识。 (4) 主码中的属性即主属性不能取空值。 主属性取空值，就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实体，这与第（2）点相矛盾，因此这个规则称为实体完整性,An Introduction to Database

16、System,1.3关系的完整性,1.3.1关系的三类完整性约束 1.3.2 实体完整性 1.3.3 参照完整性 1.3.4 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,1. 关系间的引用,在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描 述的，因此可能存在着关系与关系间的引用。 例1 学生实体、专业实体 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名）,学生关系引用了专业关系的主码“专业号”。 学生关系中的“专业号”值必须是确实存在的专业的专业号 ，即专业 关系中有该专业的记录。,An Introduction to Database S

17、ystem,关系间的引用(续),例2 学生、课程、学生与课程之间选修的多对多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩）,An Introduction to Database System,关系间的引用(续),例3 学生实体 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）,“学号”是主码，“班长”是外码，它引用了本关系的“学号” “班长” 必须是确实存在的学生的学号,An Introduction to Database System,2外码（Foreign Key）,设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码。如果F与基本关系

18、S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码 基本关系R称为参照关系（Referencing Relation） 基本关系S称为被参照关系（Referenced Relation） 或目标关系（Target Relation）,An Introduction to Database System,外码(续),例1：学生关系的“专业号”与专业关系的主码“专业号”相对应 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名） “专业号”属性是学生关系的外码 专业关系是被参照关系，学生关系为参照关系,An Introduction to Database System,外码(续),例2： 选

19、修关系的“学号” 与学生关系的主码“学号”相对应 选修关系的“课程号”与课程关系的主码“课程号”相对应 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩） “学号”和“课程号”是选修关系的外码 学生关系和课程关系均为被参照关系 选修关系为参照关系,An Introduction to Database System,外码(续),例3：“班长”与本身的主码“学号”相对应 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长） “班长”是外码 学生关系既是参照关系也是被参照关系,An Introduction to Database System,外码(续),外

20、码并不一定要与相应的主码同名，但当外码与相应的主码属于不同关系时，往往取相同的名字，以便于识别 由例可清楚看到外码是联系两个实体关系的桥梁，两个关系进行联系就是通过主外码之间对应关系实现,An Introduction to Database System,3. 参照完整性规则,规则2.2 参照完整性规则 若属性（或属性组）F是基本关系R的外码它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为： 或者取空值（F的每个属性值均为空值） 或者等于S中某个元组的主码值,An Introduction to Database System,参照完整性规则(续),例1： 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名） 学生关系中每个元组的“专业号”属性只取两类值： （1）空值，表示尚未给该学生分配专业 （2）非空值，这时该